2結果與討論

為了減少熔融鹽內部自然對流對測量結果的影響,密度及表面張力實(shí)驗均在降溫的過(guò)程中進(jìn)行測量。熔融鹽冷卻速率小于2K/min。

2.1實(shí)驗臺精度驗證

2.1.1密度實(shí)驗臺精度驗證

采用阿基米德法測量納米熔鹽液體密度時(shí),采用已知體積的316L不銹鋼重錘作為密度探頭,在測量納米熔鹽的密度之前,先用已知密度的液體對密度探頭進(jìn)行標定,可由式(3)對密度探頭的體積進(jìn)行計算。

本實(shí)驗采用去離子水作為已知液體,由式(3)得到重錘的體積為2.4388~cm^3。對重錘體積進(jìn)行標定后,通過(guò)對KNO3、NaNO3的密度進(jìn)行測量,驗證實(shí)驗臺精度,兩種熔融鹽的密度測量結果與文獻中的密度進(jìn)行比較。

密度實(shí)驗臺精度驗證如圖2所示。密度實(shí)驗臺測得NaNO_3、KNO_3的密度與參考文獻上給出的密度值變化趨于一致，并且最大偏差值低于0.12%,考慮到文獻值存在的誤差,本實(shí)驗臺的密度測量精度滿(mǎn)足實(shí)驗要求。

密度實(shí)驗臺精度驗證如圖2所示。

2.1.2表面張力實(shí)驗臺精度驗證

采用拉筒法測量納米熔鹽液體表面張力前,可通過(guò)測量已知液體的表面張力，通過(guò)式(4)對表面張力實(shí)驗臺的儀器系數進(jìn)行標定。

本實(shí)驗先對NaNO3的表面張力進(jìn)行測量，得到儀器系數C。由式(4)可知，儀器系數C與溫度無(wú)關(guān)，對NaNO3在5個(gè)溫度工況點(diǎn)下的表面張力進(jìn)行測量，并且每個(gè)溫度工況點(diǎn)采集3次測實(shí)驗數據，通過(guò)最終的計算得到本實(shí)驗臺的儀器系數C=0.00053。對KNO和solar salt的表面張力進(jìn)行測量后，與文獻值進(jìn)行對比，如圖3所示。

圖3表明本實(shí)驗臺對熔融鹽的表面張力測量結果與文獻值隨溫度變化的趨勢趨于一致，最大偏差值低于4.0%，考慮到文獻值存在的誤差，本實(shí)驗臺的表面張力測量精度滿(mǎn)足實(shí)驗要求。

圖3表明本實(shí)驗臺對熔融鹽的表面張力測量結果與文獻值隨溫度變化的趨勢趨于一致。

2.2納米熔鹽密度分析

研究表明,在solar salt中加入SiO_2納米顆粒后,熔點(diǎn)會(huì )有一定程度的下降,分解溫度會(huì )有一定程度的提高。并且solar salt的熔點(diǎn)為218.2℃,所以當熔鹽加熱到250℃時(shí),已經(jīng)完全熔化;當熔鹽溫度超過(guò)600℃時(shí),熔鹽會(huì )開(kāi)始分解。溫度較高和溫度較低都會(huì )對實(shí)驗測量的數據產(chǎn)生影響,造成較大的實(shí)驗誤差。因此基鹽及納米熔鹽密度實(shí)驗數據測定范圍為260~500℃。

利用阿基米德法對基鹽及5種加入30 nm SiO2納米顆粒的納米熔鹽的密度進(jìn)行測量,每隔10℃進(jìn)行一次測量,對得到的實(shí)驗數據進(jìn)行整理和分析，擬合公式以及擬合系數見(jiàn)表2。樣品的密度隨溫度變化如圖4所示。

實(shí)驗發(fā)現，在溫度測量范圍內，基鹽的密度在1.7720~1.9389 g/cm3，密度隨溫度的升高呈直線(xiàn)下降趨勢。1#納米熔鹽的密度在1.7722~1.9405 g/cm3，對數據進(jìn)行擬合后，擬合系數在0.9994以上，擬合程度較好。2#納米熔鹽的密度在1.7720~1.9356 g/cm3，密度隨溫度變化的趨勢和基鹽及一般熔鹽密度的變化趨勢保持一致，均隨溫度的升高呈下降趨勢。3#和4#納米熔鹽的密度在1.7721~1.9404 g/cm3和1.7749~1.9352 g/cm3之間，擬合系數都在0.9995以上，其中4#納米熔鹽的擬合系數最大，擬合程度最好。5#納米熔鹽的密度在1.7758~1.9384 g/cm3之間，隨溫度升高呈下降趨勢。

樣品的密度隨溫度變化如圖4所示。

如圖4所示，基鹽及納米熔鹽的密度均隨溫度的升高呈直線(xiàn)下降趨勢，且5種納米熔鹽的密度與基鹽的密度基本保持一致。如圖5所示，在不同溫度工況點(diǎn)下，5種納米熔鹽的密度和基鹽的密度均處在同一水平線(xiàn)上，即同一溫度工況點(diǎn)下，納米熔鹽和基鹽的密度保持一致。由于SiO2納米顆粒的密度為2.20g/cm3，與solar salt的密度相差不大，且在solar salt中加入的SiO2納米顆粒較少，因此SiO2納米顆粒對solar salt的密度影響可忽略不計。

在不同溫度工況點(diǎn)下，5種納米熔鹽的密度和基鹽的密度均處在同一水平線(xiàn)上。

根據混合物密度計算公式對納米熔鹽的密度進(jìn)行計算后，與實(shí)驗測量得到的密度進(jìn)行對比，如圖6所示。圖6中，1#納米熔鹽密度的測量值與計算值的最大偏差與最小偏差分別為0.104%和0.008%;2#納米熔鹽密度的測量值與計算值的最大偏差為0.327%，最小偏差為0.074%;3#納米熔鹽密度的測量值與計算值的最大偏差為0.350%,最小偏差為0.007%;4#納米熔鹽密度的測量值與計算值的最大偏差為0.291%，最小偏差為0.007%;5#納米熔鹽密度的測量值與計算值的最大偏差為0.302%，最小偏差為0.030%。對比后發(fā)現，采用阿基米德法測量的密度值與采用混合物密度計算公式計算的密度值相差較小，可認為在solar salt中加入SiO2納米顆粒后，熔融鹽的密度不會(huì )發(fā)生改變。

根據混合物密度計算公式對納米熔鹽的密度進(jìn)行計算后，與實(shí)驗測量得到的密度進(jìn)行對比。

文獻中提出，在熔融鹽中加入SiO2納米顆粒后，由于分子間作用力和納米熔鹽配制過(guò)程中的攪拌作用，熔融鹽和納米顆粒在熔鹽體系中會(huì )形成一種納米云核。納米云核中納米顆粒被大量的熔融鹽包裹，此時(shí)SiO2納米顆粒的密度對納米云核的密度影響可以忽略不計，納米云核的密度始終與基鹽的密度保持一致。